人體熱管理技術是針對人體微環境溫度進行調控,與傳統室內溫度控制系統相比更節能環保,還可及時有效維護人體在各種環境中的熱舒適性。目前,眾多研究人員通過浸漬涂層或共混紡絲工藝制備了填充型導熱復合纖維材料,獲得了具有一定導熱降溫功能的涼爽織物。但這些織物透濕性能差,降溫效率有限,且無法阻止液態水的滲透,限制了其在人體降溫領域的實際應用。因此,開發出具有防水透濕性能的高導熱纖維材料以實現人體熱舒適性提升是當前面臨的一大挑戰。
面對這一挑戰,東華大學紡織科技創新中心俞建勇院士和丁彬教授團隊帶領的納米纖維研究團隊利用靜電紡絲技術一步制備了連續氮化硼導熱框架貫穿的高導熱超疏水聚氨酯防水透濕納米纖維膜。通過研究聚合物-溶劑-非溶劑系統構成對纖維堆積結構的影響,在納米纖維微孔膜中構筑了具有三維互連氮化硼導熱框架,在保證纖維高透濕性能的前提下實現了材料導熱性能的提升;同時采用低表面能的氟化聚氨酯對纖維表面潤濕性調控,使纖維膜具備了良好的超疏水特性和耐水滲透性。
圖1.(a)超疏水高導熱納米纖維膜的制備和結構組成;(b)超疏水高導熱納米纖維膜導熱、透濕、防水性能示意圖
圖2. 不同濕度環境下制備纖維膜的(a)透濕率和透氣性、(b)水平方向和垂直方向導熱系數;(c)納米纖維膜與普通面料垂直方向導熱系數的對比;不同濕度環境下制備纖維膜的(d)堆積結構示意圖、(e)熱阻和濕阻。
以上相關研究成果以“Thermoconductive, Moisture-Permeable, and Superhydrophobic Nanofibrous Membranes with Interpenetrated Boron Nitride Network for Personal Cooling Fabrics”為題發表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上,文章DOI:10.1021/acsami.0c04486。東華大學紡織學院博士生余西為第一作者,丁彬教授和斯陽研究員為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、中央高校基礎研究項目的大力資助。
論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c04486
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